《系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)》ppt課件

1、第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核構(gòu)造系統(tǒng)內(nèi)核構(gòu)造 10.1 UNIX10.1 UNIX系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 10.2 10.2 進程的描畫和控制進程的描畫和控制 10.3 10.3 進程的同步與通訊進程的同步與通訊 10.4 10.4 存儲器管理存儲器管理 10.5 10.5 設備管理設備管理 10.6 10.6 文件管理文件管理 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.1 UNIX系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 10.1.1 UNIX系統(tǒng)的開展史系統(tǒng)的開展史 1. UNIX系統(tǒng)的開展系統(tǒng)的開展 2. 兩大集團對峙兩大集團對峙

2、3. 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)UNIX 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.1.2 UNIX系統(tǒng)的特征系統(tǒng)的特征 開放性2) 多用戶、 多義務環(huán)境 3) 功能強大， 實現(xiàn)高效 4) 提供了豐富的網(wǎng)絡功能5) 支持多處置器功能 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.1.3 UNIX系統(tǒng)的內(nèi)核構(gòu)造系統(tǒng)的內(nèi)核構(gòu)造 字符設備塊設備設備驅(qū)動程序硬件控制高速緩存文件子系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用接口進程間通信調(diào)度存儲管理進程控制子系統(tǒng)核心級硬件級硬件核心級用戶級庫函數(shù)用戶程序捕俘圖 10-1 UNIX中心的框圖第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 1.

3、進程控制子系統(tǒng)進程控制子系統(tǒng) 進程控制。 (2) 進程通訊。 (3) 存儲器管理。 (4) 進程調(diào)度。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 文件子系統(tǒng)文件子系統(tǒng) 文件管理。 (2) 高速緩沖機制。 (3) 設備驅(qū)動程序。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.2 進程的描畫和控制進程的描畫和控制 10.2.1 進程控制塊進程控制塊PCB 在UNIX系統(tǒng)中， 把進程控制塊分為四部分：(1) 進程表項。(2) U區(qū)。 (3) 進程區(qū)表。 (4) 系統(tǒng)區(qū)表。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 1. 進程表項進程表項(Proces

4、s Table Entry) 進程標識符(PID)。 (2) 用戶標識符(UID)。 (3) 進程形狀。 (4) 事件描畫符。 (5) 進程和U區(qū)在內(nèi)存或外存的地址。 (6) 軟中斷信息。 (7) 計時域。 (8) 進程的大小。 (9) 偏置值nice。 (10) P-Link指針。 (11) 指向U區(qū)進程正文、 數(shù)據(jù)及棧在內(nèi)存區(qū)域的指針。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. U區(qū)區(qū)(U Area) 進程表項指針。 (2) 真正用戶標識符u-ruid(real user ID)。 (3) 有成效戶標識符u-euid(effective user ID)。 (4) 用戶

5、文件描畫符表。 (5) 當前目錄和當前根。 (6) 計時器。 (7) 內(nèi)部I/O參數(shù)。 (8) 限制字段。 (9) 過失字段。 (10) 前往值。 (11) 信號處置數(shù)組。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 系統(tǒng)區(qū)表系統(tǒng)區(qū)表(System Region Table) 區(qū)的類型和大小。 (2) 區(qū)的形狀。 (3) 區(qū)在物理存儲器中的位置。 (4) 援用計數(shù)。 (5) 指向文件索引結(jié)點的指針。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 4. 本進程區(qū)表本進程區(qū)表(Per Process Region Table) 正文數(shù)據(jù)棧正文數(shù)據(jù)棧abcdeabcde系

6、統(tǒng)區(qū)表A進程區(qū)表B進程區(qū)表圖 10-2 進程區(qū)表項、系統(tǒng)區(qū)表項和區(qū)的關(guān)系 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 圖 10-3 進程的數(shù)據(jù)構(gòu)造 U區(qū)進程表abcabc本進程區(qū)表系統(tǒng)區(qū)表第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.2.2 進程形狀與進程映像進程形狀與進程映像 1. 進程形狀進程形狀 62379845喚醒換出換出換入內(nèi)存中睡眠睡眠且換出睡眠調(diào)度核心態(tài)執(zhí)行1搶奪被搶奪內(nèi)存中就緒內(nèi)存足內(nèi)存不足創(chuàng)建fork用戶態(tài)執(zhí)行返回到用戶態(tài)系統(tǒng)調(diào)用中斷中斷中斷返回返回僵死喚醒就緒且換出圖 10-4 進程的形狀轉(zhuǎn)換 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)

7、構(gòu) 2. 進程映像進程映像 用戶級上下文 2) 存放器上下文 程序存放器。 (2) 處置機形狀存放器(PSR)。 (3) 棧指針。 (4) 通用存放器。 3) 系統(tǒng)級上下文 靜態(tài)部分。 (2) 動態(tài)部分。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.2.3 進程控制進程控制 1. fork系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 為新進程分配一個進程表項和進程標識符。(2) 檢查同時運轉(zhuǎn)的進程數(shù)目。 (3) 拷貝進程表項中的數(shù)據(jù)。 (4) 子進程承繼父進程的一切文件。(5) 為子進程創(chuàng)建進程上下文。 (6) 子進程執(zhí)行。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. exec系統(tǒng)調(diào)用

8、系統(tǒng)調(diào)用 trappatharg varg 2parg 1parg 0p0文件名字符串參數(shù)字符串圖 10-5 exec 的參數(shù)組織方式 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. exit系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 通常，父進程在創(chuàng)建子進程時，應在進程的末尾安排一條exit，使子進程能自我終止。內(nèi)核須為exit完成以下操作：(1) 封鎖軟中斷。(2) 回收資源。 (3) 寫記賬信息。 (4) 置進程為“僵死形狀。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 4. wait系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 wait系統(tǒng)調(diào)用用于將調(diào)用進程掛起， 直至其子進程因暫?；蚪K止而發(fā)來軟中斷信號為止。假

9、設在wait調(diào)用前，已有子進程暫?；蚪K止，那么調(diào)用進程做適當處置后便前往。中心對wait調(diào)用做以下處置：中心查找調(diào)用進程能否還有子進程， 假設無，便前往出錯碼；假設找到一個處于“僵死形狀的子進程，便將子進程的執(zhí)行時間加到其父進程的執(zhí)行時間上， 并釋放該子進程的進程表項； 假設未找四處于“僵死形狀的子進程，那么調(diào)用進程便在可被中斷的優(yōu)先級上睡眠，等待其子進程發(fā)來軟中斷信號時被喚醒。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.2.4 進程調(diào)度與切換進程調(diào)度與切換 1. 引起進程調(diào)度的緣由引起進程調(diào)度的緣由 首先，由于首先，由于UNIX系統(tǒng)是分時系統(tǒng)，因此其時鐘中斷處置系統(tǒng)是分時

10、系統(tǒng)，因此其時鐘中斷處置程序須每隔一定時間，便對要求進程調(diào)度程序進展調(diào)度的標程序須每隔一定時間，便對要求進程調(diào)度程序進展調(diào)度的標志志runrun予以置位，以引起調(diào)度程序重新調(diào)度。其次，當進予以置位，以引起調(diào)度程序重新調(diào)度。其次，當進程執(zhí)行了程執(zhí)行了wait、exit及及sleep等系統(tǒng)調(diào)用后要放棄處置機時，等系統(tǒng)調(diào)用后要放棄處置機時， 也也會引起調(diào)度程序重新進展調(diào)度。此外，當進程執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)會引起調(diào)度程序重新進展調(diào)度。此外，當進程執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用功能而從中心態(tài)前往到用戶態(tài)時，假設系統(tǒng)中又出現(xiàn)了更用功能而從中心態(tài)前往到用戶態(tài)時，假設系統(tǒng)中又出現(xiàn)了更高優(yōu)先級的進程在等待處置機時，內(nèi)核應搶占當前進程的

11、處高優(yōu)先級的進程在等待處置機時，內(nèi)核應搶占當前進程的處置機，置機， 這也會引起調(diào)度。這也會引起調(diào)度。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 調(diào)度算法調(diào)度算法 進程調(diào)度，在此是采用動態(tài)優(yōu)先數(shù)輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。進程調(diào)度，在此是采用動態(tài)優(yōu)先數(shù)輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。 調(diào)度程序在進展調(diào)度時，首先從處于調(diào)度程序在進展調(diào)度時，首先從處于“內(nèi)存就緒或內(nèi)存就緒或“被被搶占形狀的進程中，選擇一個其優(yōu)先數(shù)最小搶占形狀的進程中，選擇一個其優(yōu)先數(shù)最小(優(yōu)先級最優(yōu)先級最高高)的進程。假設此時系統(tǒng)中的進程。假設此時系統(tǒng)中(同時同時)有多個進程都具有一有多個進程都具有一樣的最高優(yōu)先級，那么內(nèi)核將選擇其中處于就緒形

12、狀或樣的最高優(yōu)先級，那么內(nèi)核將選擇其中處于就緒形狀或被搶占形狀最久的進程，將它從其所在隊列中移出，并被搶占形狀最久的進程，將它從其所在隊列中移出，并進展進程上下文的切換，進展進程上下文的切換， 恢復其運轉(zhuǎn)?；謴推溥\轉(zhuǎn)。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 進程優(yōu)先級的分類 UNIX系統(tǒng)把進程的優(yōu)先級分成兩類，第一類是中心優(yōu)先級，又可進一步把它分為可中斷和不可中斷兩種。當一個軟中斷信號到達時，假設有進程正在可中斷優(yōu)先級上睡眠，該進程將立刻被喚醒；假設有進程處于不可中斷優(yōu)先級上， 那么該進程繼續(xù)睡眠。對諸如“對換、“等待磁盤I/O、“等待緩沖區(qū)等幾個優(yōu)先級，都屬于不可中斷

13、優(yōu)先級；而“等待輸入、“等待終端輸出、“等待子進程退出的幾個優(yōu)先級， 都是可中斷優(yōu)先級。另一類是用戶優(yōu)先級，它又被分成n+1級， 其中第0級為最高優(yōu)先級，第n級的優(yōu)先級最低。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 4. 進程優(yōu)先數(shù)的計算進程優(yōu)先數(shù)的計算 基本用戶優(yōu)先數(shù)的時間最近使用優(yōu)先數(shù)2CPU 其中，根本用戶優(yōu)先數(shù)即proc構(gòu)造中的偏移值nice，可由用戶將它設置成040中的任一個數(shù)。一旦設定后， 用戶僅能使其值添加， 特權(quán)用戶才有權(quán)減小nice的值。而最近運用CPU的時間，那么是指當前占有處置機的進程本次運用CPU的時間。內(nèi)核每隔16.667 ms，便對該時間做加1操作，

14、這樣，占有CPU的進程其優(yōu)先數(shù)將會隨著它占有CPU時間的添加而加大，相應地，其優(yōu)先級便隨之降低。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 5. 進程切換進程切換 在OS中， 凡要進展中斷處置和執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時， 都將涉及到進程上下文的保管和恢復問題， 此時系統(tǒng)所保管或恢復的上下文都是屬于同一個進程的。而在進程調(diào)度之后， 內(nèi)核所應執(zhí)行的是進程上下文的切換，即內(nèi)核是把當前進程的上下文保管起來，而所恢復的那么是進程調(diào)度程序所選中的進程的上下文，以使該進程能恢復執(zhí)行。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.3 進程的同步與通訊進程的同步與通訊 10.3.1 sle

15、ep與與wakeup同步機制同步機制 1. sleep過程過程 進入sleep過程后，中心首先保管進入睡眠時的處置機運轉(zhuǎn)級， 再提高處置機的運轉(zhuǎn)優(yōu)先級，來屏蔽一切的中斷，接著將該進程置為“睡眠形狀，將睡眠地址保管在進程表項中，并將該進程放入睡眠隊列中。假設進程的睡眠是不可中斷的，做了進程上下文的切換后，進程便可安穩(wěn)地睡眠。 當進程被喚醒并被調(diào)度執(zhí)行時，將恢復處置機的運轉(zhuǎn)級為進入睡眠時的值， 此時允許中斷處置機。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. wakeup過程過程 該過程的主要功能，是喚醒在指定事件隊列上睡眠該過程的主要功能，是喚醒在指定事件隊列上睡眠的一切進程，

16、并將它們放入可被調(diào)度的進程隊列中。的一切進程，并將它們放入可被調(diào)度的進程隊列中。 假假設進程尚未被裝入內(nèi)存，應喚醒對換進程；設進程尚未被裝入內(nèi)存，應喚醒對換進程； 假設被喚醒假設被喚醒進程的優(yōu)先級高于當前進程的優(yōu)先級，那么應重置調(diào)度進程的優(yōu)先級高于當前進程的優(yōu)先級，那么應重置調(diào)度標志。最后，標志。最后， 在恢復處置機的運轉(zhuǎn)級后前往。在恢復處置機的運轉(zhuǎn)級后前往。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.3.2 信號信號(signal)機制機制 1. 信號機制的根本概念 信號機制主要是作為在同一用戶的諸進程之間通訊的簡單工具。 信號本身是一個119中的某個整數(shù)，用來代表某一種

17、事先商定好的簡單音訊。信號機制是對硬中斷的一種模擬。第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 信號機制與中斷機制之間的類似之處表現(xiàn)為： 信號和中斷都同樣采用異步通訊方式，在檢測出有信號或有中斷懇求時，兩者都是暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應的處置程序，處置完后都再前往到原來的斷點；再有是兩者對信號或中斷都可加以屏蔽。 信號與中斷兩機制之間的差別是：中斷有優(yōu)先級，而信號機制那么沒有，即一切的信號都是平等的；再者是信號處置程序是在用戶態(tài)下運轉(zhuǎn)的，而中斷處置程序那么是在中心態(tài)下運轉(zhuǎn)；還有，中斷呼應是及時的，而對信號的呼應通常都有較長的時間延遲。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)

18、構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 信號機制的功能信號機制的功能 1發(fā)送信號 2) 設置對信號的處置方式 (1) func=1時， 進程對sig類信號不予理睬， 亦即屏蔽了該信號。 (2) func=0， 即為缺省值時， 進程在收到sig信號后應自我終止。 (3) func為非0、 非1類整數(shù)時， 就把func的值作為指向某信號處置程序的指針。 3) 對信號的處置 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.3.3 管道機制管道機制 管道的類型管道的類型 無名管道無名管道(Unnamed Pipes) 2) 有名管道有名管道(Named Pipes) 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核

19、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 對無名管道的讀寫對無名管道的讀寫 對pipe文件大小的限制 2) 進程互斥 3) 進程寫管道 4) 進程讀管道 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.3.4 音訊機制音訊機制 1. 音訊和音訊隊列音訊和音訊隊列1) 音訊音訊(message) 圖圖 10-6 音訊機制中的數(shù)據(jù)構(gòu)造音訊機制中的數(shù)據(jù)構(gòu)造 隊列 i隊列 n消息首部msgh 0消息首部msgh 3消息首部msgh 2消息緩沖區(qū)消息緩沖區(qū)消息緩沖區(qū)消息首部m消息緩沖區(qū)消息隊列頭表032第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 音訊隊列 當一個進程收到由其它多個進程發(fā)來的

20、音訊時， 可將這些音訊排成一個音訊隊列， 每個音訊隊列有一個稱為關(guān)鍵字key的稱號， 它是由用戶指定的。 每個音訊隊列還有一個音訊隊列描畫符， 其作用與用戶文件描畫符一樣， 以方便用戶和系統(tǒng)對音訊隊列的訪問。 在一個系統(tǒng)中能夠有假設干個音訊隊列， 由一切的音訊隊列的頭標組成一個頭標數(shù)組。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 音訊隊列的建立與操作音訊隊列的建立與操作 1) 音訊隊列的建立 在一個進程要利用音訊機制與其它進程通訊之前， 應利用系統(tǒng)調(diào)用msgget( )先建立一個指名的音訊隊列。對于該系統(tǒng)調(diào)用，中心將搜索音訊隊列頭標表， 確定能否有指定名字的音訊隊列。假設無

21、，中心將分配一個新的音訊隊列頭標， 并對它進展初始化，然后給用戶前往一個音訊隊列描畫符； 否那么，它只是檢查該音訊隊列的答應權(quán)后便前往。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 音訊隊列的支配 (1) 用于查詢有關(guān)音訊隊列的情況， 如隊列中的音訊數(shù)目、 隊列中的最大字節(jié)數(shù)、 最后一個發(fā)送音訊的進程的標識符、 發(fā)送時間等。 (2) 用于設置和改動有關(guān)音訊隊列的屬性， 如改動音訊隊列的用戶標識符、 或用戶組標識符、 音訊隊列的答應權(quán)等。 (3) 消除音訊隊列的標識符。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 音訊的發(fā)送和接納音訊的發(fā)送和接納 1) 音訊的

22、發(fā)送音訊的發(fā)送 當進程要與其它進程通訊時，可利用當進程要與其它進程通訊時，可利用msgsnd( )系統(tǒng)調(diào)系統(tǒng)調(diào)用來發(fā)送音訊。用來發(fā)送音訊。 對于對于msgsnd( )系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用， 中心檢查音訊中心檢查音訊隊列描畫符和答應權(quán)能否合法、音訊長度能否超越系統(tǒng)規(guī)隊列描畫符和答應權(quán)能否合法、音訊長度能否超越系統(tǒng)規(guī)定的長度。經(jīng)過檢查后，中心為音訊分配音訊數(shù)據(jù)區(qū)，并定的長度。經(jīng)過檢查后，中心為音訊分配音訊數(shù)據(jù)區(qū)，并將音訊從用戶音訊緩沖區(qū)拷貝到音訊數(shù)據(jù)區(qū)。將音訊從用戶音訊緩沖區(qū)拷貝到音訊數(shù)據(jù)區(qū)。 分配音訊首分配音訊首部，將它鏈入音訊隊列的末尾；在音訊首部中填寫音訊的部，將它鏈入音訊隊列的末尾；在音訊首

23、部中填寫音訊的類型、類型、 大小以及指向音訊數(shù)據(jù)區(qū)的指針等；還要修正音訊大小以及指向音訊數(shù)據(jù)區(qū)的指針等；還要修正音訊隊列頭標中的數(shù)據(jù)隊列頭標中的數(shù)據(jù)(如音訊隊列中的音訊數(shù)、字節(jié)數(shù)等。然如音訊隊列中的音訊數(shù)、字節(jié)數(shù)等。然后，喚醒在等待音訊到來的睡眠進程。后，喚醒在等待音訊到來的睡眠進程。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 音訊的接納 進程可利用msgrcv( )系統(tǒng)調(diào)用， 從指定音訊隊列中讀一個音訊。對于msgrcv( )系統(tǒng)調(diào)用， 是先由中心檢查音訊隊列標識符和答應權(quán)， 繼而根據(jù)用戶指定的音訊類型做相應的處置。音訊類型msgtyp的參數(shù)能夠有三種情況：當msgtyp

24、=0時，中心尋覓音訊隊列中的第一個音訊，并將它前往給調(diào)用進程；當msgtyp為正整數(shù)時，中心前往指定類型的第一個音訊；當msgtyp為負整數(shù)時，中心應在其類型值小于或等于msgtyp絕對值的一切音訊中，選出類型值最低的第一個音訊前往。 假設所前往音訊的大小等于或小于用戶的懇求，中心便將音訊正文拷貝到用戶區(qū)，再從隊列中刪除該音訊，并喚醒睡眠的發(fā)送進程；假設音訊長度比用戶要求的大， 那么系統(tǒng)前往出錯信息。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.3.5 共享存儲區(qū)機制共享存儲區(qū)機制 1. 共享存儲區(qū)共享存儲區(qū) 圖 10-7 利用共享存儲區(qū)進展通訊 正 文進程A的虛空間數(shù) 據(jù)棧

25、共享存儲區(qū)B正 文數(shù) 據(jù)B棧內(nèi)存空間進程B的虛空間AA第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 共享存儲區(qū)的建立與支配共享存儲區(qū)的建立與支配 1) 共享存儲區(qū)的建立 當進程要利用共享存儲區(qū)與另一進程進展通訊時， 須先利用系統(tǒng)調(diào)用shmget( )建立一塊共享存儲區(qū)，并提供該共享存儲區(qū)的名字key和共享存儲區(qū)以字節(jié)為單位的長度size等參數(shù)。 假設系統(tǒng)中曾經(jīng)建立了指名的共享存儲區(qū)，那么該系統(tǒng)調(diào)用將前往該共享存儲區(qū)的描畫符shmid；假設尚未建立，便為進程建立一個指定大小的共享存儲區(qū)。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 共享存儲區(qū)的支配 好像音訊機制

26、一樣，可以用shmctl( )系統(tǒng)調(diào)用對共享存儲區(qū)的形狀信息進展查詢，如其長度、所銜接的進程數(shù)、創(chuàng)建者標識符等； 也可設置或修正其屬性， 如共享存儲區(qū)的答應權(quán)、當前銜接的進程計數(shù)等；還可用來對共享存儲區(qū)加鎖或解鎖，以及修正共享存儲區(qū)標識符等。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 共享存儲區(qū)的附接與斷開共享存儲區(qū)的附接與斷開 在進程曾經(jīng)建立了共享存儲區(qū)或已獲得了其描畫符后，在進程曾經(jīng)建立了共享存儲區(qū)或已獲得了其描畫符后， 還須利用系統(tǒng)調(diào)用還須利用系統(tǒng)調(diào)用shmat( )將該共享存儲區(qū)附接到用戶給定將該共享存儲區(qū)附接到用戶給定的某個進程的虛地址的某個進程的虛地址shmad

27、dr上，并指定該存儲區(qū)的訪問上，并指定該存儲區(qū)的訪問屬性即指明該區(qū)是只讀，還是可讀可寫。以后，此共享存屬性即指明該區(qū)是只讀，還是可讀可寫。以后，此共享存儲區(qū)便成為該進程虛地址空間的一部分。進程可采取與對儲區(qū)便成為該進程虛地址空間的一部分。進程可采取與對其它虛地址空間一樣的存取方法來訪問。當進程不再需求其它虛地址空間一樣的存取方法來訪問。當進程不再需求該共享存儲區(qū)時，再利用系統(tǒng)調(diào)用該共享存儲區(qū)時，再利用系統(tǒng)調(diào)用shmdt( )把該區(qū)與進程把該區(qū)與進程斷開。斷開。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.3.6 信號量集機制信號量集機制 1. 信號量與信號量集信號量與信號量集

28、 1) 信號量 在UNIX系統(tǒng)中規(guī)定，每個信號量有一個可用來表示某類資源數(shù)目的信號量值和一個操作值，該操作值可為正整數(shù)、零或負整數(shù)三種情況之一。傳統(tǒng)的信號量機構(gòu)是對信號量施加wait及signal操作。而在UNIX系統(tǒng)中那么并未采用wait及signal， 而是利用semop( )系統(tǒng)調(diào)用對指定的信號量施加操作。此外，還可利用semget( )來建立信號量及利用semctl( )系統(tǒng)調(diào)用對信號量進展支配。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 信號量集 在一個信號量集中，通常都包含有假設干個信號量。對這組信號量的操作方式該當是原子操作方式， 此即，把對這組信號量視為一個

29、整體，要么全做，要么全不做。假設中心不能完成對這組一切信號量的操作，那么中心應將曾經(jīng)操作過的信號量恢復到操作前的形狀，這樣便可實現(xiàn)要么全做、 要么全不做的原子操作方式。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 信號量集的數(shù)據(jù)構(gòu)造信號量集的數(shù)據(jù)構(gòu)造 1) 信號量表 信號量表是信號量的構(gòu)造數(shù)組。在系統(tǒng)中，每個信號量用一個信號量構(gòu)造表示。其中，包括信號量值semval及最近一次對信號量進展操作的進程標識符sempid、等待該信號量值添加的進程數(shù)等。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 信號量集表 sem 0sem 1sem 20sem 31sem 42

30、sem 53sem 6sem 7sem 80sem 91sem 102sem 110信號量表信號量集表信號量集信號量集圖 10-8 信號量集表與信號量表第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 在信號量機制中，同樣也提供了假設干條系統(tǒng)調(diào)用，在信號量機制中，同樣也提供了假設干條系統(tǒng)調(diào)用， 分別用于對信號量執(zhí)行各種操作。分別用于對信號量執(zhí)行各種操作。 1) semget( )系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 用戶可利用該系統(tǒng)調(diào)用來建立信號量集。用戶應提供用戶可利用該系統(tǒng)調(diào)用來建立信號量集。用戶應提供信號量的名字、信號量集中信號量的數(shù)目等。假設信號量信號量的名字、信號量集中信號

31、量的數(shù)目等。假設信號量集的建立勝利，將前往信號量集的描畫符集的建立勝利，將前往信號量集的描畫符semid。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) semop( )系統(tǒng)調(diào)用 該系統(tǒng)調(diào)用可用來對信號量集進展操作。用戶需提供信號量集的描畫符、信號量的編號，即信號量在信號量集中的序號，以及所要施加操作的操作數(shù)semop。 內(nèi)核根據(jù)semop來改動信號量的值。當semop為正值時，便將該正值加到信號量的值上。當semop為負值時，假設信號量的值大于semop的絕對值，應將該負值加到信號量值上； 否那么， 操作失敗，內(nèi)核將曾經(jīng)操作過的信號量恢復到該系統(tǒng)調(diào)用開場執(zhí)行時的值。 第十章第

32、十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.4 存存 儲儲 器器 管管 理理 10.4.1 懇求調(diào)頁管理的數(shù)據(jù)構(gòu)造懇求調(diào)頁管理的數(shù)據(jù)構(gòu)造 1. 頁表和磁盤描畫表頁表和磁盤描畫表1) 頁表頁表 圖 10-9 頁表項和磁盤描畫表項 物理頁號年齡寫時拷貝修改位訪問位有效位保護a頁表項對換設備號設備塊號存儲器類型b盤塊闡明第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 頁框數(shù)據(jù)表和對換運用表頁框數(shù)據(jù)表和對換運用表 1) 頁框數(shù)據(jù)表 頁形狀： 指示該頁的拷貝是在對換設備上， 還是在可執(zhí)行文件中。 內(nèi)存援用計數(shù)： 指出援用該頁面的進程數(shù)目。 邏輯設備： 指含有此拷貝的邏輯設備， 它

33、可以是對換設備， 也可以是文件系統(tǒng)。 塊號： 當邏輯設備為對換設備時， 這是盤塊號； 而當邏輯設備為文件系統(tǒng)時，這是指文件的邏輯塊號。 指針1： 指向空閑頁鏈表中的下一個頁框數(shù)據(jù)表的指針。 指針2： 指向散列隊列中下一個頁框數(shù)據(jù)表的指針。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 圖 10-10 頁框數(shù)據(jù)表項及其散列隊列 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 對換運用表 頁表項頁框號794磁盤塊描述項對換設備1塊號2743引用數(shù)1對換設備1塊號2743物理頁794引用數(shù) 1對換設備塊2743對換使用表項頁框數(shù)據(jù)表項794虛地址1493K圖 10-11 四種

34、數(shù)據(jù)構(gòu)造之間的關(guān)系 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.4.2 換頁進程換頁進程 1. 添加有效頁的年齡添加有效頁的年齡 一個頁可計數(shù)的最大年齡，取決于它的硬件設備。對于只一個頁可計數(shù)的最大年齡，取決于它的硬件設備。對于只設置兩位作為年齡域的頁，其有效頁的年齡只能取值為設置兩位作為年齡域的頁，其有效頁的年齡只能取值為0、1、2和和3。當該頁的年齡為。當該頁的年齡為0、 1、 2時，該頁處于不可換出形狀；時，該頁處于不可換出形狀；而當其年齡到達而當其年齡到達3時，該頁便為換出形狀。時，該頁便為換出形狀。 每當內(nèi)存中的空閑每當內(nèi)存中的空閑頁面數(shù)低于某規(guī)定的低限時，中心便喚

35、醒換頁進程，由換頁進頁面數(shù)低于某規(guī)定的低限時，中心便喚醒換頁進程，由換頁進程去檢查內(nèi)存中的每一個活動的、程去檢查內(nèi)存中的每一個活動的、 非上鎖的區(qū)，對一切有效頁非上鎖的區(qū)，對一切有效頁的年齡字段加的年齡字段加1。對于那些其年齡已增至。對于那些其年齡已增至3的頁，便不再加的頁，便不再加1，而是將它們換出。假設這種頁已被進程訪問過，便將其年齡域而是將它們換出。假設這種頁已被進程訪問過，便將其年齡域中的年齡降為中的年齡降為0。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 對換出頁的幾種處置方式對換出頁的幾種處置方式 (1) 假設在對換設備上已有被換出頁的拷貝，且該頁的內(nèi)容未被修正，

36、此時，中心只須將該頁頁表項中的有效位清零，并將頁框數(shù)據(jù)表項中的援用計數(shù)減1，最后將該頁表項放入空閑頁鏈表中。 (2) 假設在對換設備上沒有被換出頁的拷貝，那么換出進程應將該頁寫到對換設備上。 (3) 雖然在對換設備上已有換出頁的副本，但該頁的內(nèi)容已被修正正，此時中心應將該頁在對換設備上原來占有的空間釋放， 再重新將該頁拷貝到對換設備上，使在對換設備上的拷貝內(nèi)容總是最新的。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 將換出頁面寫到對換設備上將換出頁面寫到對換設備上 當在換出頁面鏈表中的頁面數(shù)已到達規(guī)定值時， 中心應將它們換出。為此，應首先為它們分配一個延續(xù)的對換空間，以便一同

37、將它們換出； 但假設在對換設備上沒有足夠大的延續(xù)空間，而其空閑存儲空間的總和又大于64 KB時，中心可采取每次換出一頁的方式將它們換出。 每當中心向?qū)Q設備上寫一個頁時， 須首先去除該頁頁表項的有效位，并將頁框數(shù)據(jù)表項中的援用計數(shù)減1。假設援用計數(shù)為0，闡明已無其它進程再援用該頁，中心便將其頁框數(shù)據(jù)表項鏈入空閑頁鏈表的尾部。 假設雖援用計數(shù)不為0，闡明仍有進程共享該頁，但假設該頁已長期未被訪問過，那么也須將該頁換出。最后，中心將分配給該頁的對換空間的地址填入相應的磁盤描畫表項中， 并將對換運用表中的計數(shù)加1。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.4.3 懇求調(diào)頁懇求調(diào)

38、頁 缺頁在可執(zhí)行文件上缺頁在可執(zhí)行文件上2. 缺頁在對換設備上缺頁在對換設備上 3. 缺頁在內(nèi)存頁面緩沖區(qū)中缺頁在內(nèi)存頁面緩沖區(qū)中 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.5 設設 備備 管管 理理10.5.1 字符設備緩沖區(qū)管理字符設備緩沖區(qū)管理 1. 空閑字符緩沖區(qū)隊列空閑字符緩沖區(qū)隊列 cblock0c_nextc_nextc_nextcblock1cblock2c_nextcblockN1cfreelist圖 10-12 空閑字符緩沖區(qū)隊列 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 空閑字符緩沖區(qū)的分配與回收空閑字符緩沖區(qū)的分配與回收 在字符設

39、備進展在字符設備進展I/O時，內(nèi)核可利用時，內(nèi)核可利用getcf過程從空閑字過程從空閑字符緩沖區(qū)隊列中獲得一個空閑緩沖區(qū)，假設隊列空，闡明符緩沖區(qū)隊列中獲得一個空閑緩沖區(qū)，假設隊列空，闡明已無空閑緩沖區(qū)可提供，便前往；否那么，從隊首獲得一已無空閑緩沖區(qū)可提供，便前往；否那么，從隊首獲得一個空閑緩沖區(qū)，個空閑緩沖區(qū)， 并把指向該緩沖區(qū)的指針并把指向該緩沖區(qū)的指針bp前往給調(diào)用者。前往給調(diào)用者。由于空閑緩沖區(qū)隊列屬于臨界資源，故還須采取互斥訪問由于空閑緩沖區(qū)隊列屬于臨界資源，故還須采取互斥訪問措施，措施， 即，在過程開場處，將處置機的優(yōu)先級提升為即，在過程開場處，將處置機的優(yōu)先級提升為6，在，在獲

40、得空緩沖區(qū)之后，再恢復處置機的優(yōu)先級。獲得空緩沖區(qū)之后，再恢復處置機的優(yōu)先級。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 設備的字符緩沖區(qū)隊列設備的字符緩沖區(qū)隊列 (1) getc過程。 該過程用于從一個clist構(gòu)造的隊首指針所指示的字符緩沖隊列中，取出為首的字符，然后修正該隊列的可用字符計數(shù)和隊首指針。當取完一個緩沖區(qū)中的一切字符時，將釋放該緩沖區(qū)。該過程的前往值是取出的字符。 (2) putc過程。 該過程用于將一個字符C放入設備的指定字符緩沖區(qū)隊列的末尾。假設此時該隊列空、或隊列的最后一個緩沖區(qū)已滿，且空閑字符緩沖區(qū)隊列也空，該過程無法將字符放入隊列中， 那么前往“

41、-1。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) (3) getcb過程。 該過程用于從指定的設備字符緩沖區(qū)隊列中， 取出第一個緩沖區(qū)，并將該隊列的可用字符計數(shù)減去第一個緩沖區(qū)中的字符數(shù)，然后前往指向該緩沖區(qū)的指針bp。假設該緩沖區(qū)已是該隊列中獨一的緩沖區(qū)， 那么置隊尾指針為空。 (4) putcb過程。 該過程用于將由bp所指向的緩沖區(qū)放入指定的設備字符緩沖區(qū)隊列的末尾，然后將該隊列的可用字符計數(shù)加上bp緩沖區(qū)中的字符數(shù)后前往。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.5.2 塊設備緩沖區(qū)管理塊設備緩沖區(qū)管理1. 盤塊緩沖區(qū)及其首部盤塊緩沖區(qū)及其首部 圖

42、10-13 緩沖首部 設備號 塊號 狀態(tài) 緩沖區(qū)指針 散列隊列的前向指針 散列隊列的后向指針 空閑表上的前向指針 空閑表上的后向指針 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 盤塊緩沖池構(gòu)造盤塊緩沖池構(gòu)造 blkno 0 mod 4blkno 1 mod 4blkno 2 mod 4blkno 3 mod 4281798346459750103599空閑表頭標圖 10-14 空閑隊列(鏈)及散列隊列 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 盤塊緩沖區(qū)的分配盤塊緩沖區(qū)的分配 (1) getblk( )過程。 該過程用于從空閑緩沖區(qū)隊列中獲得任一空閑緩沖區(qū)

43、。 該過程首先檢查空閑塊緩沖隊列能否為空，假設空，便調(diào)用sleep過程睡眠等待， 直至在空閑塊緩沖隊列中出現(xiàn)空閑緩沖區(qū)為止； 否那么，從空閑塊緩沖隊列中摘下第一個緩沖區(qū)。假設在其緩沖首部中還有延遲寫標志，那么還須調(diào)用bdwrite過程，將此緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫回到磁盤中，再從空閑隊列中獲得一個空緩沖區(qū)；否那么，便將b-flag中的bCD*2busy標志置為1， 并前往指向該緩沖區(qū)的指針bp。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) (2) getblk(dev, blkno)過程。 該過程用于為指定設備dev和盤塊號為blkno的盤塊懇求一個緩沖區(qū)。中心首先檢查要讀入的盤塊內(nèi)容能否

44、已在某個緩沖區(qū)中，假設發(fā)現(xiàn)已在某緩沖區(qū)中，便不再從磁盤上讀； 否那么，中心須從磁盤上將數(shù)據(jù)讀入，這時才需為其分配一個空緩沖區(qū)。類似地，當要把數(shù)據(jù)寫入一特定盤塊時， 中心先檢查該盤塊的內(nèi)容能否已在某緩沖區(qū)，僅當該塊的內(nèi)容尚不在緩沖區(qū)中時，才需調(diào)用getblk( )過程，分配一個空緩沖區(qū)。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 4. 盤塊緩沖區(qū)的回收 當中心用完某緩沖區(qū)時，可調(diào)用brelse過程將之收回。 此前，能夠有些進程因等待運用該緩沖區(qū)而睡眠，此時，釋放者進程應將睡眠隊列的隊首進程喚醒。此外，還有能夠有進程因空閑鏈表空而處于等待形狀，同樣也應將之喚醒。假設在所釋放的緩沖區(qū)中

45、的數(shù)據(jù)是有效的，為使以后在某進程需求它時，也能直接從緩沖區(qū)中讀出而不用啟動磁盤的I/O操作， 可將該緩沖區(qū)鏈入空閑鏈表的末尾；否那么(緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)無效)，應將它鏈入空閑隊列的頭部?？臻e鏈表屬于臨界資源， 為了保證對它操作的互斥性，UNIX系統(tǒng)經(jīng)過提高處置機的運轉(zhuǎn)級對中斷加以屏蔽的方法來實現(xiàn)。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.5.3 內(nèi)核與驅(qū)動程序接口內(nèi)核與驅(qū)動程序接口1. 設備開關(guān)表的作用設備開關(guān)表的作用 圖 10-15 設備開關(guān)表及系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動程序間的接口 openclosereadwriteioctl字符設備開關(guān)表openmountcloseunmountr

46、eadwrite塊設備開關(guān)表高速緩沖調(diào)用openclosereadwriteioctl驅(qū)動程序設備中斷處理程序openclosestrategy驅(qū)動程序設備中斷處理程序中斷向量中斷向量設備中斷文件子系統(tǒng)第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 塊設備開關(guān)表塊設備開關(guān)表 函數(shù) 表項 open close strategy 01gdopen gtopen gdclose gtclose gdstrategy gtstrategy 圖 10-16 塊設備開關(guān)表 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 字符設備開關(guān)表字符設備開關(guān)表 函數(shù) 表項 openclos

47、ereadwriteIoctl0ConopenConcloseConrdadConwriteConioctl1DzbopenDzbcloseDzbreadDzbwriteDzbioctl2Syopennulldevsyreadsywritesyioctl圖 10-17 字符設備開關(guān)表 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.5.4 磁盤驅(qū)動程序磁盤驅(qū)動程序 1. 翻開磁盤驅(qū)動器的過程翻開磁盤驅(qū)動器的過程gdopen 在UNIX系統(tǒng)中，設備被看作是一種特殊類型的文件， 因此在運用該文件之前，也須先將它翻開。gdopen便是用于翻開磁盤驅(qū)動器的過程，該過程的輸入?yún)?shù)是設備號，

48、無輸出參數(shù)。進入該過程后，首先檢查系統(tǒng)中能否有由輸入?yún)?shù)dev所指定類型的磁盤驅(qū)動器，假設有，再檢查它能否已被翻開， 假設尚未翻開，便將此驅(qū)動器翻開，亦即，將該磁盤控制器表中的標志b-flag設置為B-ONCE; 再調(diào)用gdtimer過程啟動對應的控制器和設備短期時鐘鬧鐘，用于控制磁盤驅(qū)動器的執(zhí)行時間。假設系統(tǒng)中無指定類型的磁盤驅(qū)動器，那么置相應的出錯信息后前往。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 啟動磁盤控制器的過程啟動磁盤控制器的過程 該過程的輸入?yún)?shù)是控制器號該過程的輸入?yún)?shù)是控制器號ctl，無輸出參數(shù)。進入該，無輸出參數(shù)。進入該過程后，先從磁盤設備控制表中找

49、到過程后，先從磁盤設備控制表中找到I/O隊列的隊首指針，隊列的隊首指針，假設它為假設它為0，表示，表示I/O隊列空，無隊列空，無I/O緩沖區(qū)可取，于是前往；緩沖區(qū)可取，于是前往；否那么，否那么， 將控制器表中的忙閑標志將控制器表中的忙閑標志b-active置置“1。設置磁。設置磁盤控制器中的各存放器，如磁盤地址存放器、內(nèi)存總線地址盤控制器中的各存放器，如磁盤地址存放器、內(nèi)存總線地址存放器、控制形狀存放器、字計數(shù)器等，最后啟動磁盤控制存放器、控制形狀存放器、字計數(shù)器等，最后啟動磁盤控制器讀器讀(或?qū)懟驅(qū)?后前往。而后前往。而gdstartegy過程的主要功能，那么是把過程的主要功能，那么是把指定

50、的緩沖首部排在磁盤控制器指定的緩沖首部排在磁盤控制器I/O隊列的末尾，并啟動磁隊列的末尾，并啟動磁盤控制器。盤控制器。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 磁盤中斷處置過程磁盤中斷處置過程gdintr 當磁盤當磁盤I/O傳送完成并發(fā)出中斷懇求信號時，傳送完成并發(fā)出中斷懇求信號時，CPU呼應后呼應后將經(jīng)過中斷總控程序進入磁盤中斷處置過程將經(jīng)過中斷總控程序進入磁盤中斷處置過程gdintr。該過程。該過程的輸入?yún)?shù)是控制器號的輸入?yún)?shù)是控制器號ctl。進入該過程后，先檢查磁盤能否。進入該過程后，先檢查磁盤能否曾經(jīng)啟動，假設尚未啟動，程序便不予理睬即前往；曾經(jīng)啟動，假設尚未啟

51、動，程序便不予理睬即前往； 假設已假設已啟動，啟動， 那么還須先經(jīng)過對形狀存放器的檢查，來了解本次傳那么還須先經(jīng)過對形狀存放器的檢查，來了解本次傳送能否出錯。送能否出錯。 假設已出錯，便在控制終端上顯示出錯信息。假設已出錯，便在控制終端上顯示出錯信息。由于磁盤的出錯率較高，因此并不采取一旦出錯便停頓傳送由于磁盤的出錯率較高，因此并不采取一旦出錯便停頓傳送的戰(zhàn)略，而是做好重新執(zhí)行的預備，然后再傳送。僅當重試的戰(zhàn)略，而是做好重新執(zhí)行的預備，然后再傳送。僅當重試多次都失敗、且超越規(guī)定的執(zhí)行時間時，才設置出錯標志。多次都失敗、且超越規(guī)定的執(zhí)行時間時，才設置出錯標志。如未出錯，那么繼續(xù)傳送下一個緩沖區(qū)中

52、的數(shù)據(jù)。如未出錯，那么繼續(xù)傳送下一個緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.5.5 磁盤讀、寫程序磁盤讀、寫程序 1) 讀方式 在UNIX系統(tǒng)中有兩種讀方式：普通讀方式：只把盤塊中的信息讀入緩沖區(qū)，由bread過程完成。提早讀方式：當一個進程要順序地讀一個文件所在的各個盤塊時，會預見到所要讀的下一個盤塊，因此在讀出指定盤塊(作為當前塊)的同時，可要求提早將下一個盤塊(提早塊)中的信息讀入緩沖區(qū)。這樣，當以后需求該盤塊的數(shù)據(jù)時，由于它已在內(nèi)存， 故而可縮短讀這塊數(shù)據(jù)的時間，從而改善了系統(tǒng)性能。 提早讀功能由breada過程完成。 第十章第十章 UNIXUN

53、IX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 寫方式 普通寫方式：這是真正把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫到磁盤上， 且進程須等待寫操作完成，由bwrite過程完成。 異步寫方式：進程無須等待寫操作完成便可前往， 異步寫過程是bawrite。 延遲寫方式：該方式并不真正啟動磁盤，而只是在緩沖首部設置延遲寫標志，然后便釋放該緩沖區(qū)，并將之鏈入空閑鏈表的末尾。以后，當有進程懇求到該緩沖區(qū)時，才將其內(nèi)容寫入磁盤。引入延遲寫的目的是為了減少不用要的磁盤I/O， 由于只需沒有進程懇求到此緩沖區(qū)，其中的數(shù)據(jù)便不會被寫入磁盤，倘假設再有進程需求訪問其中的數(shù)據(jù)時，便可直接從空閑鏈表中摘下該緩沖區(qū)，而不用從磁盤讀入。延遲寫方式由過程b

54、dwrite完成。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 讀過程讀過程bread和和breada 普通讀過程bread 2) 提早讀過程breada 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 寫過程寫過程bwrite、 bawrite和和bdwrite 1) 普通寫過程bwrite 該過程的輸入?yún)?shù)是緩沖區(qū)指針bp。進入該過程后，根據(jù)bp指針找到緩沖區(qū)首部，設置緩沖區(qū)首部的初值，經(jīng)過設備開關(guān)表轉(zhuǎn)入戰(zhàn)略過程，啟動磁盤。如是普通寫， 應等待I/O完成，為此， 須調(diào)用sleep過程使本人睡眠。 I/O完成后才被喚醒，再調(diào)用brelse過程釋放該緩沖區(qū)。如是

55、異步寫、且有延遲寫標志，那么在給緩沖區(qū)打上標志后，將之放入空閑鏈表的首部。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2) 異步寫過程bawrite 它與普通寫過程很類似，但不須等待I/O完成即可前往。 進入bawrite過程后，設置異步寫標志，再調(diào)用bwrite過程實現(xiàn)之。 3) 延遲寫過程bdwrite 延遲寫過程也很簡單。這里只須設置延遲寫標志及數(shù)據(jù)有效標志， 再調(diào)用brelse過程，將該緩沖區(qū)釋放，并鏈入空閑鏈表的尾部。以后，當某進程調(diào)用getblk獲得該緩沖區(qū)時，再用異步寫方式將緩沖區(qū)內(nèi)容寫入磁盤。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.6 文文

56、 件件 管管 理理 10.6.1 UNIX文件系統(tǒng)概述文件系統(tǒng)概述 1. UNIX文件系統(tǒng)的特點文件系統(tǒng)的特點 文件系統(tǒng)的組織是分級樹形構(gòu)造。 (2) 文件的物理構(gòu)造為混合索引式文件構(gòu)造。 (3) 采用了成組鏈接法管理空閑盤塊。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 文件系統(tǒng)的構(gòu)造文件系統(tǒng)的構(gòu)造ibinusrdeviiibin的目錄表usr的目錄表dev的目錄表root目錄表iilettertesttestreportWangWang圖圖 10-18 UNIX文件系統(tǒng)的構(gòu)造文件系統(tǒng)的構(gòu)造第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 3. 文件系統(tǒng)的資源管理文件

57、系統(tǒng)的資源管理 當文件處于“未翻開形狀時， 文件需占用三種資源： 一個目錄項。 (2) 一個磁盤索引結(jié)點項。 (3) 假設干個盤塊。 當文件被援用或“翻開時， 須再添加三種資源：(1) 一個內(nèi)存索引結(jié)點項。 它駐留在內(nèi)存中。(2) 文件表中的一個登記項。(3) 用戶文件描畫符表中的一個登記項。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 由于對文件的讀寫管理，必需涉及到上述各種資源， 因此使對文件的讀寫管理，又在很大程度上依賴于對這些資源的管理， 故可從資源管理觀念上來引見文件系統(tǒng)。這樣，對文件的管理就必然包括： 對索引結(jié)點的管理； 對空閑盤塊的管理； 對目錄文件的管理； 對文件表

58、和描畫符表的管理； 對文件的運用。第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.6.2 文件的物理構(gòu)造文件的物理構(gòu)造 1. 尋址方式尋址方式(1) 直接尋址。直接尋址。(2) 一次間接尋址方式。一次間接尋址方式。 (3) 多次間接尋址。多次間接尋址。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) i.addr(0)i.addr(1)i.addr(2)i.addr(9)i.addr(10)i.addr(11)i.addr(12)一次間接塊數(shù)據(jù)塊二次間接塊三次間接塊直接尋址一次間址二次間址三次間址圖 10-19 直接尋址和間接尋址 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)

59、構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 地址轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換 將字節(jié)偏移量轉(zhuǎn)換為文件邏輯塊號 2) 把文件邏輯塊號轉(zhuǎn)換為物理盤塊號 直接尋址。 (2) 一次間址。 (3) 多次間址。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 圖 10-20 文件的地址映射例如 i.addr(0)i.addr(1)i.addr(2)i.addr(10)i.addr(11)i.addr(12)數(shù)據(jù)塊二次間接塊直接尋址一次間址二次間址三次間址36742891563313333952第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 10.6.3 索引結(jié)點的管理索引結(jié)點的管理 1. 超級塊超級塊(Superblock)

60、(1) 文件系統(tǒng)的盤塊數(shù)目。(2) 空閑盤塊號棧。 (3) 當前空閑盤塊號數(shù)目。 (4) 空閑磁盤i結(jié)點號棧。 (5) 空閑磁盤i結(jié)點數(shù)目。(6) 空閑盤塊編號棧的鎖字段。 (7) 空閑磁盤i結(jié)點棧的鎖字段。 (8) 超級塊修正標志。 (9) 修正時間。 第十章第十章 UNIXUNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 2. 磁盤索引結(jié)點的分配與回收磁盤索引結(jié)點的分配與回收 分配過程ialloc檢查超級塊上鎖否。 (2) 檢索i結(jié)點?？辗?。 (3) 從空閑i結(jié)點編號棧中分配一個i結(jié)點， 并且加以初始化， 填寫有關(guān)文件的屬性。(4) 分配內(nèi)存i結(jié)點。 (5) 將磁盤i結(jié)點總數(shù)減1， 并在置超級塊的修正標志